[發明專利]一種芳基并異硒唑3-酮聚合物/齊聚物及其應用

有效

• 申請號: 201710654738.3
• 申請日: 2017-08-02
• 公開（公告）號: CN107325267B
• 公開（公告）日: 2021-07-20
• 發明（設計）人: 張仕明;許翔飛;宋云;孫麗雅;徐云霄
• 申請（專利權）人: 南京闊華電子科技有限公司
• 主分類號: C08G61/12
• 分類號: C08G61/12
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一類芳基并異硒唑3?酮聚合物/齊聚物，用直接芳基化方法制備了一系列全新的、溶液加工性好、有序性好、對空氣穩定、電子遷移率高的一類基于芳基并異硒唑3?酮聚合物/齊聚物。把芳基并異硒唑3?酮引入主鏈，是為了利用缺電子芳基并異硒唑3?酮和富電子其他噻吩類單元之間的電子轉移，從而把吸收紅移到紅外以上區域，這樣得到了窄帶隙、寬波段吸收的黑色聚合物。該類聚合物接受電子能力強，最低未占有軌道(LUMO)能級很低，低于?3.8eV；電子傳輸性較好，電子遷移率超過10?3cm²/V s。聚合物為黑色，吸光性好，吸收范圍覆蓋300?1000nm，帶隙1.4eV。

技術領域

本發明屬于有機光電領域，具體涉及一種芳基并異硒唑3-酮聚合物/齊聚物及其應用。

背景技術

目前已商業使用的太陽能電池多為無機太陽能電池，如采用硅或稀有金屬合金等無機材料制成的太陽能電池板實現光電轉換，雖然無機太陽能電池有高效率、長壽命的優點，但無機半導體材料昂貴，制備工藝復雜，制備過程為高能耗高污染性等因素卻始終限制其大規模應用。要使太陽能電池發電得到大規模推廣并做到環境友好型制備，就必須找到更廉價的太陽能電池材料。有機太陽能電池是20世紀90年代發展起來的新一代太陽能電池，它由正負電極之間有機聚合物受體和給體材料薄膜異質結或共混在一起形成本體異質結組成(G.Yu,J.Gao,J.C.Hummelen,F.Wudl,A.J.Heeger，“Polymer photovoltaic cells:enhanced efficiencies via a network of internal donor-acceptorheterojunctions”,Science 1995,270,1789-1791)。與無機太陽能電池相比，有機太陽能電池具有重量輕、低成本、超薄、可溶液加工、制作工藝簡單、可制備大面積柔性器件等突出優點，具有非常重要的發展和應用前景，已成為當今新材料和新能源領域最富活力和生機的研究前沿之一(Pei Cheng and Xiaowei Zhan.Stability of organic solar cells:challenges and strategies.Chem.Soc.Rev.,2016,45,2544-2582.)。美國、日本、澳大利亞、歐洲、中東等國家和地區投入大量的人力和財力，開展了處于國際領先的應用基礎研究和開發。我國的南京工業大學、南開大學、華南理工大學、北京大學、清華大學、復旦大學、吉林大學、浙江大學、中科院化學所、中科院理化所、中科院物理所、中科院等離子體所、中科院長春應化所、中科院長春光機物理所等單位也做了一些很好的研究工作。我國的科研人員已經可以制備光電轉換效率超過12％的有機太陽能電池(陳永勝等.Solution-processed organic tandem solarcellswith power conversion efficiencies12％.Nat.Photon.,2017,11,85-90.)。

盡管20年來有機太陽能電池已經取得了長足的發展和進步，但離市場化還有很大的距離，面臨的關鍵問題是光電轉換效率、穩定性和壽命。目前實驗室階段世界上固態太陽能電池在白光下最高能量轉換效率已有12％左右，比無機太陽能電池的要低很多，差距很大。從材料角度來分析，光電轉換效率低的主要原因有兩點：(1)有機半導體材料吸收偏窄，包括經典的聚合物材料聚3-己基噻吩在內的絕大部分材料吸收波段在350－650納米，而太陽光最大光子流在600－800納米，因此目前常用的有機半導體材料吸收光譜與太陽發射光譜不匹配，太陽光利用率低；(2)有機半導體材料的載流子遷移率低，絕大部分常用的材料如P3HT、MEH-PPV和CN-PPV等的遷移率，特別是電子遷移率低于10^-4cm²V^-1s^-1，這樣激子經電荷分離后產生的載流子不能快速有效地傳輸到電極形成電流，容易復合。